筑波大学Yoshikazu Ito课题组——石墨烯封装NiMo合金对析氧反应的影响

电化学分解水是一种环境友好的产氧和氢技术，而电极关键因素，可以控制水分解的效率。尽管贵金属如Pt，Ru和Ir可以实现高的能源效率，但高成本限制其在水分解中的应用。因此，有必要开发有效的非贵金属基电极材料以实现可持续的氢经济。在这里，报道了一种石墨烯封装NiMo合金技术，在氢氧化钾（KOH）水溶液中实现了高催化活性和高化学稳定性。电化学分析表明，石墨烯的引入显著增强了NiMo电极的析氧反应（OER）活性和使用寿命，该性能与商业阳极相当。密度泛函理论计算表明，石墨烯的引入显著降低了中间体在NiMo表面上的吸附能，从而增强OER活性。石墨烯封装方法提供了一种有前景的电极设计思路以改善水分解电解槽的性能。

Figure 1.石墨烯封装多孔NiMo合金的原理示意图。（a）石墨烯封装-NiMo基底的过程，（b）NiMo表面和石墨烯层上所推测的反应机制，（c）电化学活化去除SiO2前后的SEM图。

Figure 2. 石墨烯封装-NiMo合金阳极在无过渡金属杂质KOH电解液中的OER性能研究。（a）有/无石墨烯封装的NiMo合金阳极的LSV曲线，（b）各种NiMo阳极的Tafel斜率，（c）双电层电流作为CV扫速的函数关系，（d）沉积在泡沫镍基底上的各种NiMo阳极在循环1000圈CV前后的LSV曲线比较。

Figure 3. 石墨烯封装-NiMo合金阳极在有/无过渡金属杂质KOH电解液中的OER性能对比研究。（a）NiMo-FG/NF和NiMo-SMHG/NF在1.61 V vs. RHE电位下的计时电流曲线，（b）NiMo-FG/NF在循环1000圈CV前后的LSV曲线比较，（c）电流密度对循环圈数的依赖性，金属Ni和Mo的溶出速率和杂质的浓度变化，（d）多孔NiMo/NF循环1000圈CV前后的LSV曲线比较。

Figure 4. （a）中间体吸附的原子结构，（b）在NiMo（100），多孔石墨烯/NiMo，和石墨烯/NiMo上发生OER过程对应的DFT计算吉布斯自由能。

该研究工作由日本的筑波大学Yoshikazu Ito课题组于2019年发表在ACS Catalysis期刊上。原文：Effect of Graphene Encapsulation of NiMo Alloys on Oxygen Evolution Reaction（DOI: 10.1021/acscatal.9b04134）